JP7333772B2 - gas laser device - Google Patents

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Description

本開示は、炭酸ガスなどのガスをレーザ媒質として用いるガスレーザ装置に関する。 The present disclosure relates to a gas laser device using gas such as carbon dioxide gas as a laser medium.

例えば、特許文献1に記載の従来のガスレーザ装置は、レーザ加工機に適用され、ワークを加工するためのレーザ光を出射する。ガスレーザ装置は、使用を継続していくと真空容器に封入されているレーザ媒質であるガスの組成に変化が生じ、それに伴い外部に出射されるレーザ光の出力が低下することが知られている。 For example, a conventional gas laser device described in Patent Document 1 is applied to a laser processing machine and emits laser light for processing a work. It is known that as the gas laser device is used continuously, the composition of the gas, which is the laser medium enclosed in the vacuum vessel, changes, and the output of the laser light emitted to the outside decreases accordingly. .

ここで、レーザ媒質の組成に変化が生じる要因としては、以下の(1)~(3)が存在する。
(1)放電により、レーザ媒質に含まれている炭酸ガス(CO2)が乖離平衡反応(2CO2⇔2CO+O2)を起こすことでレーザ媒質の組成が変化していく。
(2)レーザ媒質を封入する真空容器の内部にある部品から放出されるアウトガスにより、レーザ媒質の組成が変化していく。レーザ光の出力が大きい条件で使用している時ほど、電源ユニットから真空容器内部の電極に供給される電力が大きくなり、レーザ媒質の温度が上がるため、部品から放出さるアウトガスの量は多くなる。
(3)レーザ媒質を封入する真空容器の気密シール部にはOリングを使用しているが、Oリング接触面は面粗度がRz数μm程度の凹凸を有していること、組立時にこのシール部に微小な粉塵が挟まることなどにより、わずかな気密漏れ(リーク)が存在する。この部分から外部の空気が混入することで、レーザ媒質の組成が変化していく。
Here, the following (1) to (3) are present as factors that cause changes in the composition of the laser medium.
(1) Due to discharge, carbon dioxide gas (CO2) contained in the laser medium undergoes a divergence equilibrium reaction (2CO2 ⇔ 2CO+O2), thereby changing the composition of the laser medium.
(2) The composition of the laser medium changes due to the outgassing emitted from the parts inside the vacuum vessel that encloses the laser medium. When used under conditions of high laser light output, the power supplied from the power supply unit to the electrodes inside the vacuum vessel increases, and the temperature of the laser medium rises, so the amount of outgas emitted from the parts increases. .
(3) An O-ring is used for the hermetic sealing portion of the vacuum vessel that encloses the laser medium. A slight airtight leak exists due to fine dust being caught in the seal. The composition of the laser medium changes as external air enters from this portion.

レーザ媒質の組成が変化すると、外部へ出射されるレーザ光の出力が減少する。レーザ光の出力の減少量が大きくなり加工に必要な出力が維持できなくなると、切断、溶接、穴あけといったレーザ加工が上手く行えなくなり、加工不良が発生してしまう。このため、定期的に新しいレーザ媒質と入れ替えを行う必要があり、この入れ替えの頻度(一度入れ替えを行ってから次に入れ替えを行う必要があるまでの時間)は封じ切り時間と呼ばれる。通常、封じ切り時間には余裕を持った数値が設定される。これは、ガスレーザ装置の個体差(製造ばらつき)、レーザ光の出力をどんな条件で使用するかといった使用条件、などによって、レーザ媒質の組成が変化する量が変わるため、最悪ケースを想定した設定値とする必要があるためである。つまり、多くのユーザにとっては、定められた封じ切り時間よりも長い時間、レーザ媒質を使用できるにもかかわらず、最悪ケースを想定して設定された短い周期(封じ切り時間)でレーザ媒質を交換しているのが実情であり、レーザ媒質をギリギリまで使い切れていない。また、レーザ媒質の交換、すなわち、真空容器から古いレーザ媒質を排気して、新しいレーザ媒質をガスボンベから真空容器に注入する作業は、通常、30分~1時間かかるため、この間は装置を稼働させることができないダウンタイムとなる。レーザ媒質をギリギリまで使用して交換頻度を少なくすることができれば、ダウンタイムを少なくすることができる。 When the composition of the laser medium changes, the output of laser light emitted to the outside decreases. If the amount of decrease in the output of the laser light becomes large and the output required for processing cannot be maintained, laser processing such as cutting, welding, and drilling cannot be performed well, resulting in defective processing. For this reason, it is necessary to periodically replace the laser medium with a new one, and the frequency of this replacement (the time from when one replacement is performed until the next replacement is required) is called the closing time. Normally, the closing time is set to a numerical value with a margin. This is a set value that assumes the worst case, because the amount of change in the composition of the laser medium varies depending on individual differences (manufacturing variation) of the gas laser device, usage conditions such as under what conditions the laser light output is used, etc. This is because it is necessary to In other words, for many users, the laser medium can be used for a longer time than the specified closing time, but the laser medium is replaced at short intervals (closing time) set assuming the worst case. However, the actual situation is that the laser medium is not used up to the limit. Also, replacing the laser medium, that is, evacuating the old laser medium from the vacuum chamber and injecting new laser medium from the gas cylinder into the vacuum chamber normally takes 30 minutes to 1 hour. You can't afford downtime. If the laser medium can be used to the limit and the replacement frequency can be reduced, downtime can be reduced.

このような課題に対し、特許文献2に記載のガスレーザ装置においては、ガスが封入される容器内の圧力をモニタした結果からガスの純度すなわち組成の変化を間接的に検出し、ガスの交換が必要か否かを判定している。 In order to solve this problem, the gas laser apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200001 indirectly detects changes in gas purity, that is, changes in composition from the result of monitoring the pressure inside a container in which the gas is sealed, and replaces the gas. Determines whether it is necessary or not.

特開平7-94810号公報JP-A-7-94810 特開2015-156444号公報JP 2015-156444 A

特許文献2に記載のガスレーザ装置は、リークによるガスの圧力上昇からレーザ媒質の交換時期を決定する。しかしながら、上述したように、レーザ媒質の組成が変化する要因はリークのみではない。さらに、体積が一定の真空容器内で圧力を測定する場合、その圧力は気体の状態方程式(PV=nRT)により、温度の影響を受ける。すなわち、ガスの温度が高ければ、それに比例して、圧力も高い値が測定される。ここに大きな困難さがある。 The gas laser device described in Patent Document 2 determines when to replace the laser medium based on the gas pressure rise due to leakage. However, as described above, leakage is not the only factor that changes the composition of the laser medium. Furthermore, when the pressure is measured in a vacuum container with a constant volume, the pressure is affected by the temperature according to the gas equation of state (PV=nRT). That is, the higher the temperature of the gas, the higher the measured pressure proportionally. There is a great difficulty here.

また、レーザ媒質の温度は、レーザ光の出力をどのような条件で使用するかによって変わる。レーザ光の出力条件は、加工対象(材質、板厚)および加工形状によって変わるため、レーザ加工を行っている間は、レーザ媒質の圧力が様々に変化し、圧力測定によってリーク量を算出することはできない。従って、レーザ加工の終了後に圧力変化を測定することになるが、レーザ加工の終了後にレーザ媒質の温度が低下する程度も、直前にどのような出力条件を使用して、どの程度レーザ媒質の温度が上昇していたのかによって変わる。また、外部への放熱によってレーザ媒質の温度が低下していくことになるので、外部雰囲気の温度(外気温)によっても、温度が低下する程度が変わる。さらに、真空容器の容積は大きく、その中には真空断熱された形でブロアおよび電極といった、レーザ発振時に高温になる部品が配置されているため、これらの各部品およびレーザ媒質の温度が低下していく速度は非常にゆっくりであり、レーザ媒質の温度が外気温と同じになるには長い時間を要する。 Also, the temperature of the laser medium changes depending on under what conditions the output of the laser light is used. Since the laser beam output conditions vary depending on the object to be processed (material, plate thickness) and the shape to be processed, the pressure of the laser medium varies during laser processing, and the amount of leakage must be calculated by measuring the pressure. can't. Therefore, the pressure change is measured after the end of laser processing. was rising. In addition, since the temperature of the laser medium is lowered by heat radiation to the outside, the temperature of the outside atmosphere (outside air temperature) also changes the degree of temperature drop. In addition, the volume of the vacuum vessel is large, and parts such as the blower and the electrode that become hot during laser oscillation are placed inside it in a vacuum-insulated form, so the temperature of these parts and the laser medium drops. The rate of increase is very slow, and it takes a long time for the temperature of the laser medium to become the same as the ambient temperature.

したがって、圧力変化によってリーク量を正確に算出するためには、レーザ加工の終了後、長時間放置した後に測定する必要がある。このような長時間装置を停止しておくことはユーザにとっては難しいため、特許文献2に記載のような、圧力変化によってリーク量を算出する技術は現実的には実用化が難しい。 Therefore, in order to accurately calculate the leak amount based on the pressure change, it is necessary to leave the laser processing for a long time before measuring. Since it is difficult for the user to stop the device for such a long time, it is difficult to practically use the technique of calculating the leak amount based on the pressure change as described in Patent Document 2.

そのため、レーザ媒質の交換時期を高精度に判定する技術の実現が望まれる。上述したように、レーザ媒質の組成に変化が生じるとレーザ光の出力が低下するため、レーザ光の出力低下からレーザ媒質の交換時期を判断することが考えられる。しかしながら、レーザ媒質の組成変化とは異なる要因でレーザ光の出力が低下する場合もある。ガスレーザ装置においてレーザ光の出力低下を引き起こす要因としては、レーザ媒質の組成変化の他に、光源が発した光の出力を増幅させる過程で用いられる鏡の反射面への粉塵の付着、装置に外力が加わることによる光学系での物理的なずれの発生、などが存在する。これらの要因でレーザ光の出力が低下した場合にも加工不良が発生してしまうため、レーザ媒質の組成変化とは異なる要因でレーザ光の出力が低下する異常についても適切に検出して必要な対策を実施可能な技術の実現が望まれる。 Therefore, it is desired to realize a technique for determining the replacement timing of the laser medium with high accuracy. As described above, when the composition of the laser medium changes, the output of the laser light decreases. Therefore, it is conceivable to determine when to replace the laser medium from the decrease in the output of the laser light. However, in some cases, the output of the laser light is lowered due to factors other than the change in the composition of the laser medium. In addition to changes in the composition of the laser medium, the factors that cause a decrease in the output of laser light in a gas laser device include dust adhering to the reflecting surface of the mirror used in the process of amplifying the output of the light emitted by the light source, and external forces acting on the device. There is the occurrence of physical deviation in the optical system due to the addition of . If the output of the laser beam is reduced due to these factors, processing defects will also occur. Realization of technology that can implement countermeasures is desired.

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光の出力を低下させる複数種類の異常を検出することが可能なガスレーザ装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a gas laser device capable of detecting multiple types of abnormalities that reduce the output of laser light.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるガスレーザ装置は、ガスをレーザ媒質としてレーザ光を発生させるレーザ発振部と、レーザ発振部が出射するレーザ光の出力の指令出力からの減少量と第1閾値、第2閾値および第3閾値それぞれとの大小関係、および、大小関係が変化することなく継続する時間の長さ、に基づいて、レーザ発振部の第1の異常状態、第2の異常状態および第3の異常状態を検出する異常検出部と、を備える。異常検出部は、減少量が第1閾値以上かつ第2閾値未満の状態の継続時間が第1時間を超えた場合に第1の異常状態を検出し、減少量が第2閾値以上かつ第3閾値未満の状態の継続時間が第1時間よりも短い第2時間を超えた場合に第2の異常状態を検出し、減少量が第3閾値以上の状態の継続時間が第2時間よりも短い第3時間を超えた場合に第3の異常状態を検出し、異常検出部が第1の異常状態を検出した場合、レーザ光の出射を停止してレーザ媒質を交換し、その後レーザ光の出射を再開し、異常検出部が第2の異常状態を検出した場合、レーザ光の出射を停止するとともに異常の解消をユーザに促すメッセージを表示部に表示し、異常検出部が第3の異常状態を検出した場合、レーザ光の出射を停止し、ユーザから再起動を指示する操作を受け付けない状態に移行する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the gas laser device according to the present disclosure includes a laser oscillation unit that generates laser light using gas as a laser medium, and a command output for the output of the laser light emitted from the laser oscillation unit. The first abnormality of the laser oscillation unit is determined based on the magnitude relationship between the amount of decrease from , the first threshold, the second threshold, and the third threshold, and the length of time that the magnitude relationship continues without changing. an abnormality detection unit that detects the state, the second abnormal state, and the third abnormal state. The abnormality detection unit detects a first abnormal state when a duration of a state in which the amount of decrease is greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold exceeds a first time, and detects the first abnormal state when the amount of decrease is greater than or equal to the second threshold and less than the third A second abnormal state is detected when the duration of the state below the threshold exceeds a second time that is shorter than the first time, and the duration of the state where the amount of decrease is equal to or greater than the third threshold is shorter than the second time. When the third time has passed, a third abnormal state is detected, and when the abnormality detection unit detects the first abnormal state, the laser light emission is stopped, the laser medium is replaced, and then the laser light is emitted. is resumed, and when the abnormality detection unit detects the second abnormal state, the emission of the laser light is stopped and a message is displayed on the display unit to prompt the user to resolve the abnormality, and the abnormality detection unit detects the third abnormal state. is detected, the laser light emission is stopped, and the state is shifted to a state in which the user's operation for instructing restart is not accepted.

本開示によれば、レーザ光の出力を低下させる複数種類の異常を検出することが可能なガスレーザ装置を実現できるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to realize a gas laser device capable of detecting multiple types of abnormalities that reduce the output of laser light.

実施の形態1にかかるガスレーザ装置の構成例を示す図1 is a diagram showing a configuration example of a gas laser device according to a first embodiment; FIG. 図1に示すガスレーザ装置が備える真空容器の断面図Cross-sectional view of a vacuum vessel provided in the gas laser apparatus shown in FIG. レーザ媒質の組成変化に伴うレーザ光の出力の変化の様子の一例を示す図A diagram showing an example of how the laser light output changes as the composition of the laser medium changes. ガスレーザ装置における異常放電の一例を示す図A diagram showing an example of abnormal discharge in a gas laser device 異常放電の発生に伴うレーザ光の出力の変化の様子の一例を示す図A diagram showing an example of how the laser light output changes due to the occurrence of abnormal discharge. 光共振器ミラーの角度のずれの発生に伴うレーザ光の出力の変化の様子の一例を示す図A diagram showing an example of how the laser light output changes due to the occurrence of angular deviation of the optical resonator mirrors. 光共振器ミラーの表面への粉塵の焼き付き発生に伴うレーザ光の出力の変化の様子の一例を示す図A diagram showing an example of how the laser light output changes due to dust sticking to the surface of the optical resonator mirror. 実施の形態1にかかるガスレーザ装置が備える制御装置の構成例を示す図FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a control device included in the gas laser device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるガスレーザ装置の動作の一例を示すフローチャート3 is a flow chart showing an example of the operation of the gas laser device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかるガスレーザ装置が備える制御装置を実現するハードウェアの一例を示す図FIG. 2 is a diagram showing an example of hardware that implements a control device included in the gas laser device according to the first embodiment; FIG.

以下に、本開示の実施の形態にかかるガスレーザ装置を図面に基づいて詳細に説明する。 Gas laser devices according to embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかるガスレーザ装置100の構成例を示す図である。また、図2は、図1に示すガスレーザ装置100が備える真空容器1の断面図である。ガスレーザ装置100は、例えば、図示を省略したレーザ加工機に用いられ、ワークに向けてレーザ光10を出射する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a gas laser device 100 according to a first embodiment. 2 is a cross-sectional view of the vacuum vessel 1 included in the gas laser device 100 shown in FIG. A gas laser device 100 is used, for example, in a laser processing machine (not shown), and emits a laser beam 10 toward a work.

ガスレーザ装置100において、真空容器1の内部には、各構成部品が取り付けられていると共に、レーザ媒質2が30~300Torr程度の圧力で封入されている。レーザ媒質2は、ブロア3によって、矢印で示すように整流ダクト4から電極5へ向かって循環する。電極5には電源ユニット6から高電圧が供給され、それによって、対向する電極5の間で放電7が発生する。放電7によるエネルギーがレーザ媒質2に与えられることで、レーザ媒質2である炭酸ガスが励起する。炭酸ガスが遷移する際に放出される光子は、レーザ媒質2を挟んで対向して配置された部分反射鏡8および全反射鏡9からなる光共振器ミラーで増幅され、その一部が部分反射鏡8からレーザ光10として外部へ出射される。放電7によってエネルギーを与えられたレーザ媒質2は、温度が上昇しているため、熱交換器11によって冷却される。電極5と部分反射鏡8との間、および、電極5と全反射鏡9との間のそれぞれには、アパーチャ12が配置されている。これらのアパーチャ12は、横モード次数の決定、回折光、散乱光のカットといった役割を担っている。 In the gas laser device 100, each component is mounted inside a vacuum vessel 1, and a laser medium 2 is enclosed at a pressure of approximately 30 to 300 Torr. A laser medium 2 is circulated by a blower 3 from a rectifying duct 4 toward an electrode 5 as indicated by arrows. The electrodes 5 are supplied with a high voltage from a power supply unit 6 , whereby a discharge 7 is generated between the opposing electrodes 5 . Energy from the discharge 7 is applied to the laser medium 2 to excite the carbon dioxide gas that is the laser medium 2 . Photons emitted during the transition of carbon dioxide are amplified by an optical resonator mirror consisting of a partially reflecting mirror 8 and a totally reflecting mirror 9 that face each other with the laser medium 2 interposed therebetween. The laser light 10 is emitted from the mirror 8 to the outside. The laser medium 2 energized by the discharge 7 is cooled by the heat exchanger 11 due to its increased temperature. Apertures 12 are arranged between the electrode 5 and the partially reflecting mirror 8 and between the electrode 5 and the total reflecting mirror 9, respectively. These apertures 12 play a role of determining the transverse mode order and cutting diffracted light and scattered light.

一般的なガスレーザ装置は、使用を続けていくとレーザ媒質の組成が徐々に変化し、それに伴い、出射するレーザ光の出力が低下していく性質がある。ガスレーザ装置100も同様である。そのため、ガスレーザ装置100は、レーザ媒質2の組成変化が進んだ場合には、真空ポンプ13によってレーザ媒質2を排気し、新しいレーザ媒質2との入れ替えを行うように構成されている。熱交換器11および冷却が必要な部品には、冷却装置14から冷却水が供給されている(図示省略)。一連の動作は、制御装置15によって制御される。真空容器1および真空容器1の内部の各部品と、電源ユニット6と、真空ポンプ13とは、後述する出力測定部21とともにレーザ発振部20を構成する。 A typical gas laser device has the property that the composition of the laser medium gradually changes as it is used, and the output of the emitted laser light decreases accordingly. The gas laser device 100 is also the same. Therefore, the gas laser device 100 is configured to evacuate the laser medium 2 by the vacuum pump 13 and replace it with a new laser medium 2 when the composition change of the laser medium 2 progresses. Cooling water is supplied from a cooling device 14 to the heat exchanger 11 and components that require cooling (not shown). A series of operations are controlled by the control device 15 . The vacuum vessel 1 and each component inside the vacuum vessel 1, the power supply unit 6, and the vacuum pump 13 together with an output measuring section 21, which will be described later, constitute a laser oscillation section 20. FIG.

また、ガスレーザ装置100は、レーザ光の一部を全反射鏡9が透過させて外部に出射するよう構成されるとともに、この出射されたレーザ光の出力を測定するパワーセンサなどで構成される出力測定部21を備える。出力測定部21は、パワーセンサによる測定値に予め定められた係数を乗算してレーザ光10の出力を算出する。係数は、全反射鏡9から出射されるレーザ光の出力と部分反射鏡8から出射されるレーザ光10の出力とを事前に測定し、これらの各測定値の関係から導出しておく。出力測定部21による測定結果は制御装置15および電源ユニット6に入力される。制御装置15は、ガスレーザ装置100が出射するレーザ光の出力値に基づいて、ガスレーザ装置100の異常検出、具体的には、レーザ光10の出力低下の検出および出力低下の要因の特定を行う。なお、一般的なガスレーザ装置は、外部へ出射されるレーザ光の出力が所望の値となるよう制御するために、実際に出射されているレーザ光の出力を計測する出力測定部を有している。本実施の形態にかかるガスレーザ装置100もこの既存の出力測定部を活用することで、装置の小型化およびコストの削減を実現している。 The gas laser device 100 is configured so that a part of the laser light is transmitted through the total reflection mirror 9 and emitted to the outside. A measurement unit 21 is provided. The output measuring unit 21 calculates the output of the laser beam 10 by multiplying the value measured by the power sensor by a predetermined coefficient. The coefficient is derived from the relationship between the measured values of the output of the laser beam emitted from the total reflection mirror 9 and the output of the laser beam 10 emitted from the partial reflection mirror 8 measured in advance. A measurement result obtained by the output measuring section 21 is input to the control device 15 and the power supply unit 6 . Based on the output value of the laser light emitted by the gas laser device 100, the control device 15 detects an abnormality of the gas laser device 100, more specifically, detects a decrease in the output of the laser light 10 and identifies the cause of the output decrease. A typical gas laser device has an output measuring unit that measures the output of the laser beam actually emitted in order to control the output of the laser beam emitted to the outside to a desired value. there is The gas laser device 100 according to the present embodiment also utilizes this existing output measuring unit, thereby achieving downsizing and cost reduction of the device.

なお、図1に示す例では、全反射鏡9がレーザ光の一部を外部に透過させ、このレーザ光の出力を出力測定部21が測定する構成としたが別の構成とすることも可能である。具体的には、部分反射鏡8から出射されるレーザ光10からレーザ光の一部をビームスプリッタなどで取り出し、取り出したレーザ光の出力を出力測定部21が測定する構成とすることも可能である。この場合も上記と同様に、出力測定部21はパワーセンサによる測定値に対して係数を乗算してレーザ光10の出力を算出する。 In the example shown in FIG. 1, the total reflection mirror 9 transmits a part of the laser beam to the outside, and the output of this laser beam is measured by the output measuring unit 21. However, another configuration is possible. is. Specifically, it is possible to adopt a configuration in which part of the laser light 10 emitted from the partial reflecting mirror 8 is extracted by a beam splitter or the like, and the output of the extracted laser light is measured by the output measuring unit 21. be. In this case, similarly to the above, the output measuring unit 21 calculates the output of the laser light 10 by multiplying the measured value by the power sensor by the coefficient.

ここで、制御装置15が検出する異常について説明する。 Here, the abnormality detected by the control device 15 will be described.

上述したように、レーザ媒質2の組成が変化するとレーザ光10の出力が低下する。制御装置15は、レーザ媒質2の組成変化に伴いレーザ光10の出力が低下した場合にこれを検出する。この場合のレーザ光10の出力は、例えば図3に示すように変化する。 As described above, when the composition of the laser medium 2 changes, the output of the laser light 10 decreases. The controller 15 detects when the output of the laser beam 10 is lowered due to the change in the composition of the laser medium 2 . The output of the laser light 10 in this case changes, for example, as shown in FIG.

図3は、レーザ媒質2の組成変化に伴うレーザ光10の出力の変化の様子の一例を示す図である。図3において、実線は指令レーザ出力を示し、破線は検出レーザ出力を示す。指令レーザ出力とはレーザ光10の出力の目標値である。検出レーザ出力はレーザ光10の実際の出力の値である。また、図3において、横軸は時間を示し、縦軸は出力を示す。 FIG. 3 is a diagram showing an example of how the output of the laser light 10 changes as the composition of the laser medium 2 changes. In FIG. 3, the solid line indicates the commanded laser power and the dashed line indicates the detected laser power. A command laser output is a target value for the output of the laser beam 10 . The detected laser power is the value of the actual power of laser light 10 . In FIG. 3, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates output.

図3に示すように、レーザ媒質2の組成変化に伴いレーザ光10の出力が低下する場合、ガスレーザ装置100がレーザ光10の出射を開始してからある点Aまでは、指令レーザ出力に対して検出レーザ出力はほぼ追従している。通常は両者が一致するような制御を行っている。レーザ媒質2の組成変化は常に起こっているため、検出レーザ出力も常に減少するはずであるが、電源ユニット6の能力に若干の余裕を持たせているため、検出レーザ出力の減少がわずかな範囲までは、投入電力を上げることで、これを補うことができる。そのため、電源ユニット6の能力の余裕分までは、指令レーザ出力に対して検出レーザ出力はほぼ追従している。しかし、電源ユニット6の能力の余裕を超えた点A以降では、指令レーザ出力は一定であるが、検出レーザ出力はレーザ媒質2の組成変化に伴い徐々に減少する。 As shown in FIG. 3, when the output of the laser beam 10 decreases as the composition of the laser medium 2 changes, from the time the gas laser device 100 starts emitting the laser beam 10 to a certain point A, the command laser output is , the detected laser output almost follows. Normally, control is performed so that the two match. Since the composition of the laser medium 2 is constantly changing, the detected laser output should always decrease. This can be compensated for by increasing the input power. Therefore, the detected laser output almost follows the command laser output up to the capacity margin of the power supply unit 6 . However, after point A, where the capacity of the power supply unit 6 is exceeded, the commanded laser output is constant, but the detected laser output gradually decreases as the composition of the laser medium 2 changes.

また、通常は、図1および図2に示すように、上下の電極5の間で放電7が発生するが、上下の電極5の間に存在するレーザ媒質2の状態が悪いと、上下の電極5の間で放電することができず、図4に示す異常放電7aのように、電極5と整流ダクト4との間で放電してしまうことがある。この場合、電極5の表面温度が沿面放電によって急激に上昇し、電極5が壊れてしまう。制御装置15は、このような、レーザ媒質2の状態が悪いために異常放電7aが発生した場合にこれを検出する。この場合のレーザ光10の出力は、例えば図5に示すように変化する。 Also, normally, as shown in FIGS. 1 and 2, a discharge 7 is generated between the upper and lower electrodes 5, but if the state of the laser medium 2 existing between the upper and lower electrodes 5 is poor, 5, and discharge may occur between the electrode 5 and the rectifying duct 4 like an abnormal discharge 7a shown in FIG. In this case, the surface temperature of the electrode 5 rises rapidly due to creeping discharge, and the electrode 5 breaks. The control device 15 detects the occurrence of the abnormal discharge 7a due to the poor state of the laser medium 2 as described above. The output of the laser light 10 in this case changes, for example, as shown in FIG.

図5は、異常放電の発生に伴うレーザ光10の出力の変化の様子の一例を示す図である。図3と同様に、図5において、実線は指令レーザ出力を示し、破線は検出レーザ出力を示す。また、横軸は時間を示し、縦軸は出力を示す。また、図5においては点Bで異常放電が発生したとする。 FIG. 5 is a diagram showing an example of how the output of the laser beam 10 changes due to the occurrence of abnormal discharge. Similar to FIG. 3, in FIG. 5 the solid line indicates the commanded laser power and the dashed line indicates the detected laser power. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates output. It is also assumed that an abnormal discharge occurs at point B in FIG.

図5に示すように、異常放電の発生に伴いレーザ光10の出力が低下する場合、指令レーザ出力は一定であるが、異常放電7aが発生した点Bで、検出レーザ出力が一気に0近くまで減少する。正常な状態では、上下の電極5の間で放電7が発生するため、レーザ光が通る光軸(部分反射鏡8と全反射鏡9を結んだ直線)は、上下の電極5の間にくるように配置している。これによって、部分反射鏡8と全反射鏡9との間で反射を繰り返すたびに、放電による励起エネルギーを得て、レーザ光が発振および増幅する仕組みになっている。しかし、異常放電7aでは、電極5と整流ダクト4との間で放電しているため、部分反射鏡8と全反射鏡9との間で反射を繰り返しても、放電による励起エネルギーが得られず、レーザ出力がほとんど出ない。すなわち、異常放電7aが発生した場合は検出レーザ出力が0付近まで低下する。 As shown in FIG. 5, when the output of the laser beam 10 decreases due to the occurrence of an abnormal discharge, the command laser output remains constant, but the detected laser output suddenly drops to near 0 at the point B where the abnormal discharge 7a occurs. Decrease. Since the discharge 7 is generated between the upper and lower electrodes 5 in a normal state, the optical axis along which the laser light passes (the straight line connecting the partial reflector 8 and the total reflector 9) is located between the upper and lower electrodes 5. are arranged as follows. As a result, every time reflection is repeated between the partial reflection mirror 8 and the total reflection mirror 9, excitation energy is obtained from the discharge, and the laser light is oscillated and amplified. However, in the abnormal discharge 7a, since the discharge occurs between the electrode 5 and the rectifying duct 4, even if the reflection is repeated between the partial reflection mirror 8 and the total reflection mirror 9, the excitation energy due to the discharge cannot be obtained. , almost no laser output. That is, when the abnormal discharge 7a occurs, the detected laser output drops to near zero.

なお、レーザ媒質2の状態が悪くなる原因は、例えば、以下の(1)~(4)に示すものがある。
(1)間違ったガス組成のレーザ媒質2が真空容器1に封入された場合
(2)ガスボンベの接続が適切に行われず、レーザ媒質2を真空容器1に封入する際に、ガスボンベと真空容器1との接続部分から多量の大気が混入した場合
(3)熱交換器11で腐食が進行し、冷却水が真空容器1の内部に漏れた場合
(4)真空ポンプ13のオイルが、真空容器1の内部に逆流した場合
The causes of deterioration of the state of the laser medium 2 are, for example, the following (1) to (4).
(1) When the laser medium 2 with the wrong gas composition is enclosed in the vacuum vessel 1 (2) When the gas cylinder is not properly connected (3) Corrosion progresses in the heat exchanger 11 and cooling water leaks into the vacuum vessel 1 (4) The oil of the vacuum pump 13 leaks into the vacuum vessel 1 If there is a backflow inside the

放電(電流)は流れやすい経路で流れるため、上記の(1)~(4)のような原因でレーザ媒質2の状態が悪化した場合には、上下の電極5の間での放電(レーザ媒質2を横切る気中放電)よりも、電極5の表面を流れる沿面放電の方が流れやすくなってしまうためである。この場合、電極表面の温度が沿面放電によって急激に上昇し、電極5が壊れてしまう。電極5は、表面がガラスやセラミックといった誘電体で構成されているため、急激な温度上昇で、ガラスやセラミックが割れてしまう。具体的には、上記の異常放電7aが5秒以上継続した場合、および、異常放電7aの継続時間が5秒未満でも、それが繰り返し発生する場合、電極5が壊れる。電極5が壊れると、電極5を構成しているガラスやセラミックが割れて真空容器1の中に飛散したり、ガラスやセラミックを冷却している冷却水(図示省略)が真空容器1の中に漏れ出したりして、甚大な被害となり、復旧には多大な費用と時間を要することになる。そのため、異常放電が発生した場合には、速やかに装置を停止させるとともに、ユーザがガスレーザ装置100の再起動を行って異常放電を繰り返し発生させないように、措置を講じる必要がある。 Since the discharge (current) flows through a route that is easy to flow, if the state of the laser medium 2 deteriorates due to the above-mentioned causes (1) to (4), discharge (current) between the upper and lower electrodes 5 (laser medium This is because the creeping discharge flowing on the surface of the electrode 5 becomes easier to flow than the air discharge crossing the electrode 2). In this case, the temperature of the electrode surface rises rapidly due to creeping discharge, and the electrode 5 breaks. Since the surface of the electrode 5 is made of a dielectric material such as glass or ceramic, the glass or ceramic breaks due to a sudden temperature rise. Specifically, when the abnormal discharge 7a described above continues for 5 seconds or more, or when the abnormal discharge 7a continues for less than 5 seconds but is repeatedly generated, the electrode 5 is broken. If the electrode 5 breaks, the glass or ceramics forming the electrode 5 will break and scatter into the vacuum vessel 1 , or the cooling water (not shown) that cools the glass or ceramics will flow into the vacuum vessel 1 . If it leaks, it will cause serious damage, and it will take a lot of money and time to restore it. Therefore, when abnormal discharge occurs, it is necessary to immediately stop the device and take measures to prevent the user from restarting the gas laser device 100 and causing repeated abnormal discharge.

また、地震、工事、接触などにより外部からガスレーザ装置100に力が加わると、光共振器ミラーの角度がずれ、外部へ出射されるレーザ光10の出力が減少してしまうことがある。具体的には、共振器ミラーの角度がずれると、アパーチャ12の開口穴の中心を通っていた光の軸(光軸)がずれることになり、アパーチャ12の開口穴を通り抜けることができない光が増えることなる。アパーチャ12の開口穴を通り抜けることができない光が増えた分だけ、レーザ光10の出力が減少する。制御装置15は、このような、外部からの力が加わることにより光共振器ミラーでずれが生じてレーザ光10の出力が低下した場合にこれを検出する。この場合のレーザ光10の出力は、例えば図6に示すように変化する。 Further, when force is applied to the gas laser device 100 from the outside due to an earthquake, construction work, contact, or the like, the angles of the optical resonator mirrors may shift, and the output of the laser beam 10 emitted to the outside may decrease. Specifically, when the angle of the resonator mirror shifts, the axis (optical axis) of the light passing through the center of the aperture of the aperture 12 shifts, and the light that cannot pass through the aperture of the aperture 12 shifts. will increase. The output of the laser beam 10 is reduced by the amount of light that cannot pass through the opening of the aperture 12 . The controller 15 detects when the output of the laser beam 10 is reduced due to the displacement of the optical resonator mirrors due to the application of external force. The output of the laser light 10 in this case changes, for example, as shown in FIG.

図6は、光共振器ミラーの角度のずれの発生に伴うレーザ光10の出力の変化の様子の一例を示す図である。図3と同様に、図6において、実線は指令レーザ出力を示し、破線は検出レーザ出力を示す。また、横軸は時間を示し、縦軸は出力を示す。また、図6においては点Cで光共振器ミラーの角度のずれが発生したとする。 FIG. 6 is a diagram showing an example of how the output of the laser beam 10 changes due to the occurrence of angular deviation of the optical resonator mirrors. Similar to FIG. 3, in FIG. 6 the solid line indicates the commanded laser power and the dashed line indicates the detected laser power. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates output. It is also assumed that an angular deviation of the optical resonator mirror occurs at point C in FIG.

図6に示すように、光共振器ミラーの角度のずれの発生に伴いレーザ光10の出力が低下する場合、指令レーザ出力は一定であるが、光共振器ミラーの角度のずれが発生した点Cで、検出レーザ出力が一気に減少する。しかし、0近くまで減少するのではなく、ある程度の出力(図6の例では7割程度の出力)は維持される。また、検出レーザ出力が一気に減少した後の変動幅が大きいという特徴がある。この特徴は以下の理由で発生する。光共振器ミラー(部分反射鏡8および全反射鏡9)はミラー押さえ(図示せず)によって固定されているが、光軸がずれると、増幅される過程にあるレーザ光の成分の一部がミラー押さえに照射される。この結果、ミラー押さえがレーザ光により熱変形し、ミラー押さえに押さえられていた光共振器ミラーの角度がさらにずれる、といったことが繰り返され、検出レーザ出力の変動幅が大きくなる。 As shown in FIG. 6, when the output of the laser beam 10 decreases due to the occurrence of angular deviation of the optical resonator mirrors, the command laser output is constant, but the point at which the angular deviation of the optical resonator mirrors occurs At C, the detected laser power suddenly decreases. However, the output does not decrease to nearly 0, but a certain amount of output (output of about 70% in the example of FIG. 6) is maintained. In addition, there is a characteristic that the fluctuation range is large after the detected laser output suddenly decreases. This feature occurs for the following reasons. The optical resonator mirrors (partial reflecting mirror 8 and total reflecting mirror 9) are fixed by mirror holders (not shown). The mirror holder is irradiated. As a result, the mirror holder is thermally deformed by the laser beam, and the angle of the optical resonator mirror held by the mirror holder is further deviated, and this repeats, increasing the fluctuation range of the detected laser output.

また、上述したように、真空容器1の内部には、ブロア3、整流ダクト4、電極5、熱交換器11およびアパーチャ12といった様々な部品が存在する。これらの各部品は洗浄を行い、組み立てはクリーンルームの中で行っているが、それでも、微小な粉塵までを完全にゼロにすることはできず、各部品には微小な粉塵が付着している。粉塵が付着する工程には、各部品の加工時(切削加工など)に、切削粉や大気中の粉塵が部品に付着する、各部品の保管時に、大気中に漂っていた粉塵が部品に付着する、各部品の運搬時に、大気中に漂っていた粉塵や手に付いていた粉塵が部品に付着する、各部品の組立時に、大気中に漂っていた粉塵や手に付いていた粉塵が部品に付着する、といったものがある。これらの部品に付着した微小な粉塵が、ブロア3によって循環されるレーザ媒質2の流れによって舞い上げられ、それが部分反射鏡8または全反射鏡9の表面近傍にやってきた場合、粉塵にレーザ光が照射され、粉塵が部分反射鏡8または全反射鏡9の表面(以降はミラー表面と記載する)に焼き付くことになる。ミラー表面に粉塵が焼き付いた場合、外部へ出射されるレーザ光10の出力が減少することになる。制御装置15は、このような、粉塵がミラー表面に焼き付くことによりレーザ光10の出力が低下した場合にこれを検出する。この場合のレーザ光10の出力は、例えば図7に示すように変化する。 Further, as described above, inside the vacuum vessel 1 there are various parts such as the blower 3 , the rectifying duct 4 , the electrodes 5 , the heat exchanger 11 and the aperture 12 . Each of these parts is cleaned and assembled in a clean room, but it is still not possible to completely eliminate fine dust, and fine dust adheres to each part. Processes where dust adheres include cutting powder and atmospheric dust adhering to parts during machining (cutting, etc.), and dust adhering to parts during storage. Dust floating in the air and dust on your hands adheres to parts when they are being transported. There is such a thing as adhering to Fine dust adhering to these parts is blown up by the flow of the laser medium 2 circulated by the blower 3, and when it reaches the vicinity of the surface of the partial reflector 8 or the total reflector 9, the dust becomes a laser beam. is irradiated, and the dust is burned onto the surface of the partial reflection mirror 8 or the total reflection mirror 9 (hereinafter referred to as the mirror surface). When dust is burned onto the mirror surface, the output of the laser beam 10 emitted to the outside is reduced. The control device 15 detects when the output of the laser beam 10 is lowered due to dust burning onto the mirror surface. The output of the laser light 10 in this case changes, for example, as shown in FIG.

図7は、光共振器ミラーの表面への粉塵の焼き付き発生に伴うレーザ光10の出力の変化の様子の一例を示す図である。図3と同様に、図7において、実線は指令レーザ出力を示し、破線は検出レーザ出力を示す。また、横軸は時間を示し、縦軸は出力を示す。また、図7においては点Dでミラー表面への粉塵の焼き付きが発生したとする。 FIG. 7 is a diagram showing an example of how the output of the laser beam 10 changes when dust sticks to the surface of the optical resonator mirror. Similar to FIG. 3, in FIG. 7 the solid line indicates the commanded laser power and the dashed line indicates the detected laser power. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates output. Also, in FIG. 7, it is assumed that dust sticking to the mirror surface occurs at point D. FIG.

図7に示すように、ミラー表面への粉塵の焼き付きの発生に伴いレーザ光10の出力が低下する場合、指令レーザ出力は一定であるが、ミラー表面への粉塵の焼き付きが発生した点Dで、検出レーザ出力が一気に減少する。しかし、0近くまで減少するのではなく、ある程度の出力(図7の例では6割程度の出力)は維持される。また、一気に減少といっても、上述した図6で示した光共振器ミラーの角度のずれが発生した場合のように完全に直線的な減少ではなく、ややガタツキがある。このガタツキは、微小な粉塵がミラー表面に焼き付くと同時にミラーの反射コーティングの損傷が発生して進行していくが、その損傷の進行過程によるガタツキだと推測する。 As shown in FIG. 7, when the output of the laser beam 10 decreases due to the occurrence of dust burn-in on the mirror surface, the command laser output is constant, but at point D where dust burn-in occurs on the mirror surface. , the detected laser power suddenly decreases. However, the output does not decrease to nearly 0, and a certain amount of output (output of about 60% in the example of FIG. 7) is maintained. Moreover, even if it is said to be a sudden decrease, it is not a completely linear decrease as in the case where the angle of the optical resonator mirror shown in FIG. This rattling progresses as minute dust particles burn onto the mirror surface and at the same time damage occurs to the reflective coating of the mirror.

以上のように、レーザ光10の出力が低下する理由には様々なものがあるが、レーザ光10の出力低下が始まった後の変化の挙動はそれぞれ異なる。よって、指令レーザ出力(Psとする)に対する検出レーザ出力(Pkとする)の減少量(ΔP=Ps-Pk)、減少量(ΔP)の変化速度、減少後の挙動に着目することで、どの異常が発生してレーザ光の出力が低下したのかを判別することができる。 As described above, there are various reasons why the output of the laser beam 10 decreases, but the behavior of the change after the output decrease of the laser beam 10 starts is different. Therefore, by focusing on the amount of decrease (ΔP=Ps−Pk) in the detected laser output (assumed to be Pk) with respect to the command laser output (assumed to be Ps), the rate of change in the amount of decrease (ΔP), and the behavior after the decrease, which It can be determined whether an abnormality has occurred and the output of the laser beam has decreased.

そこで、本実施の形態にかかるガスレーザ装置100の制御装置15は、レーザ発振部20から出射されるレーザ光10の出力を監視し、レーザ光10の出力の挙動からどの異常が発生したのかを特定する。 Therefore, the control device 15 of the gas laser device 100 according to the present embodiment monitors the output of the laser light 10 emitted from the laser oscillator 20, and identifies which abnormality has occurred from the behavior of the output of the laser light 10. do.

図8は、実施の形態1にかかるガスレーザ装置100が備える制御装置15の構成例を示す図である。図8に示すように、制御装置15は、ガスレーザ装置100の動作異常を検出する異常検出部51と、電源ユニット6、真空ポンプ13および冷却装置14を制御してガスレーザ装置100からレーザ光10を出射させる動作制御部52と、異常検出部51で検出された異常動作の内容、ユーザへの通知内容などを表示する表示部53を備える。上述した様々な異常状態の検出は異常検出部51が行う。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the control device 15 included in the gas laser device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, the control device 15 controls the abnormality detection section 51 for detecting an operational abnormality of the gas laser device 100, the power supply unit 6, the vacuum pump 13 and the cooling device 14, so that the laser beam 10 is emitted from the gas laser device 100. An operation control unit 52 for emitting light and a display unit 53 for displaying the content of the abnormal operation detected by the abnormality detection unit 51, the content of notification to the user, and the like are provided. The abnormality detection unit 51 detects various abnormal states described above.

すなわち、異常検出部51は、図1に示す出力測定部21で測定されたレーザ光10の出力値に基づいて、複数種類の異常状態を検出する。また、動作制御部52は、異常検出部51が検出した異常状態の種類に応じた制御動作を行う。 That is, the abnormality detection unit 51 detects multiple kinds of abnormal states based on the output value of the laser beam 10 measured by the output measurement unit 21 shown in FIG. Further, the operation control section 52 performs a control operation according to the type of abnormal state detected by the abnormality detection section 51 .

具体的には、異常検出部51は、レーザ媒質2の組成変化によりレーザ光10の出力が減少する第1の異常状態と、光共振器ミラーの角度ずれの発生、または、ミラー表面への粉塵の焼き付きによりレーザ光10の出力が減少する第2の異常状態と、異常放電(図4に示す異常放電7a)の発生によりレーザ光10の出力が減少する第3の異常状態と、を検出する。 Specifically, the abnormality detection unit 51 detects a first abnormality in which the output of the laser beam 10 is reduced due to a change in the composition of the laser medium 2, an angular deviation of the optical resonator mirror, or dust on the mirror surface. A second abnormal state in which the output of the laser beam 10 decreases due to burn-in, and a third abnormal state in which the output of the laser beam 10 decreases due to the occurrence of abnormal discharge (abnormal discharge 7a shown in FIG. 4) are detected. .

動作制御部52は、異常検出部51で第1の異常状態が検出されると、レーザ光10の出射を停止させる制御と、真空容器1内のレーザ媒質2を交換するための制御とを電源ユニット6および真空ポンプ13に対して行う。動作制御部52は、レーザ媒質2の交換が終了した後はレーザ光10の出射を再開させる。また、動作制御部52は、異常検出部51で第2の異常状態が検出されると、レーザ光10の出射を停止させる制御を電源ユニット6に対して行うとともに、異常の解消を促すメッセージを表示部53に表示させる。また、動作制御部52は、異常検出部51で第3の異常状態が検出されると、レーザ光10の出射を停止させる制御を電源ユニット6に対して行う。動作制御部52は、第3の異常状態が検出されたことに伴いレーザ光10の出射を停止させた後、装置保護のために、ガスレーザ装置100を再起動させる操作をユーザから受け付けない状態、すなわち、ユーザがガスレーザ装置100を再起動させることができない状態に移行する。 When the abnormality detection unit 51 detects the first abnormality, the operation control unit 52 performs control to stop the emission of the laser light 10 and control to replace the laser medium 2 in the vacuum vessel 1. This is done for unit 6 and vacuum pump 13 . The operation control unit 52 restarts the emission of the laser light 10 after the replacement of the laser medium 2 is completed. Further, when the second abnormal state is detected by the abnormality detection section 51, the operation control section 52 controls the power supply unit 6 to stop the emission of the laser light 10, and also displays a message prompting to eliminate the abnormality. Displayed on the display unit 53 . Further, when the abnormality detection section 51 detects the third abnormal state, the operation control section 52 controls the power supply unit 6 to stop the emission of the laser light 10 . After stopping the emission of the laser beam 10 due to the detection of the third abnormal state, the operation control unit 52 does not accept an operation to restart the gas laser device 100 from the user for device protection. That is, the state shifts to a state in which the user cannot restart the gas laser device 100 .

異常検出部51は、上記の第1の異常状態~第3の異常状態を以下のようにして判定する。 The abnormality detection unit 51 determines the first to third abnormal states as follows.

(第1の異常状態の判定)
図3を用いて説明したように、レーザ媒質2の組成変化によるレーザ光10の出力の減少は、徐々に進行する。すなわち、レーザ光10の出力が減少する速度が遅い。そのため、異常検出部51は、例えば、指令レーザ出力Psが4000[W]の場合には、「200[W]≦ΔP<400[W]」の時に第1の異常状態と判定する。
(Determination of first abnormal state)
As described with reference to FIG. 3, the decrease in the output of the laser light 10 due to the change in the composition of the laser medium 2 progresses gradually. That is, the speed at which the output of the laser beam 10 decreases is slow. Therefore, for example, when the command laser output Ps is 4000 [W], the abnormality detection unit 51 determines the first abnormality state when "200 [W] ≤ ΔP < 400 [W]".

(第2の異常状態の判定)
図6および図7を用いて説明したように、光共振器ミラーの角度ずれ、または、ミラー表面への粉塵の焼き付きによるレーザ光10の出力の減少は、レーザ媒質2の組成変化によるものよりも大きい。すなわち、レーザ光10の出力が減少する速度が速い。しかし、値が0付近まで減少するのではなく、ある程度の出力値が維持される。そのため、異常検出部51は、例えば、指令レーザ出力Psが4000[W]の場合には、「400[W]≦ΔP<3200[W]」の時に第2の異常状態と判定する。
(Determination of second abnormal state)
As described with reference to FIGS. 6 and 7, the decrease in the output of the laser beam 10 due to the angular misalignment of the optical resonator mirrors or the burning of dust onto the mirror surfaces is greater than that due to changes in the composition of the laser medium 2. big. That is, the speed at which the output of the laser beam 10 decreases is fast. However, rather than the value decreasing to near zero, some output value is maintained. Therefore, for example, when the command laser output Ps is 4000 [W], the abnormality detection unit 51 determines the second abnormal state when "400 [W]≤ΔP<3200 [W]".

(第3の異常状態の判定)
図5を用いて説明したように、異常放電の発生によりレーザ光10の出力が減少する場合、第2の異常状態と同様に、レーザ光10の出力が急速に減少するが、出力値は0付近まで減少する。そのため、異常検出部51は、例えば、指令レーザ出力Psが4000[W]の場合には、「3200[W]≦ΔP」の時に第3の異常状態と判定する。
(Determination of third abnormal state)
As described with reference to FIG. 5, when the output of the laser beam 10 decreases due to the occurrence of an abnormal discharge, the output of the laser beam 10 rapidly decreases as in the second abnormal state, but the output value remains 0. decrease to near Therefore, for example, when the command laser output Ps is 4000 [W], the abnormality detection unit 51 determines the third abnormality state when "3200 [W]≤ΔP".

すなわち、指令レーザ出力Psが4000[W]の場合、異常検出部51は、減少量ΔPが200[W]以上かつ400[W]未満であれば第1の異常状態と判定し、減少量ΔPが400[W]以上かつ3200[W]未満であれば第2の異常状態と判定し、減少量ΔPが3200[W]以上であれば第3の異常状態と判定する。 That is, when the command laser output Ps is 4000 [W], the abnormality detection unit 51 determines that the decrease amount ΔP is equal to or greater than 200 [W] and less than 400 [W] as the first abnormal state. is 400 [W] or more and less than 3200 [W], it is determined as the second abnormal state, and if the decrease amount ΔP is 3200 [W] or more, it is determined as the third abnormal state.

上記の例では、異常検出部51は、出力の減少量ΔPが200[W]未満の場合は異常状態と判定しない。これは、指令レーザ出力Ps=4000[W]に対して200[W]はその5%にあたるが、レーザ出力の減少が5%未満であれば、良好なレーザ加工が継続できるように加工条件(切断速度など)が設定されているためである。なお、異常状態と判定する減少量ΔPの下限値を指令レーザ出力Psの5%とすることは必須ではなく、ガスレーザ装置100が適用されるレーザ加工機の性能などを考慮して設定すればよい。 In the above example, the abnormality detection unit 51 does not determine that the state is abnormal when the amount of decrease ΔP in the output is less than 200 [W]. 200 [W] corresponds to 5% of the command laser output Ps = 4000 [W]. cutting speed, etc.) are set. It should be noted that it is not essential to set the lower limit value of the decrease amount ΔP for determining an abnormal state to 5% of the command laser output Ps, and it may be set in consideration of the performance of the laser processing machine to which the gas laser device 100 is applied. .

また、上記のΔP=200[W]、400[W]、3200[W]とは、Ps=4000[W]に対して5[%]、10[%]、80[%]ということである。実際は、指令レーザ出力Psは4000[W]だけでなく、様々な値を取るため、上記のように割合[%]で判定基準を設定する。 In addition, the above ΔP = 200 [W], 400 [W], 3200 [W] means 5 [%], 10 [%], 80 [%] for Ps = 4000 [W] . Actually, the command laser output Ps is not limited to 4000 [W], and since it takes various values, the criterion is set by the ratio [%] as described above.

しかし、上記のように減少量ΔPを設定しただけでは、複数の異常状態を正確に判定することはできない。その理由を以下に述べる。 However, a plurality of abnormal states cannot be determined accurately only by setting the amount of decrease ΔP as described above. The reason is described below.

正常時は、指令レーザ出力Psが4000[W]の場合、検出レーザ出力Pkもほぼ4000[W]である。この場合は、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔP(ΔP=Ps-Pk)はほぼ0[W]である。何らかの異常が生じた場合には、指令レーザ出力Psが4000[W]であるにも関わらず、検出レーザ出力Pkが4000[W]より減少し、減少量ΔP[W]が生じることになる。ここで、正常時に、突然、上記の異常放電7aによるレーザ出力の減少が発生し、検出レーザ出力Pkが4000[W]から150[W]になったとする。指令レーザ出力Psは4000[W]のままなので、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔPは、ΔP=Ps-Pk=4000-150=3850[W]であるから、この場合は、第3の異常状態と判定したい。しかし、実際の検出レーザ出力Pkは4000[W]から150[W]に一気に飛ぶのではない。出力測定部21を構成するパワーセンサには応答の時定数があるため、検出レーザ出力Pkは、例えば、4000→3900→3800→…のように徐々に減少していき最終的に150[W]となる。そのため、減少量ΔPは、まず、第1の異常状態と判定する判定基準すなわち「200[W]≦ΔP<400[W]」を満たし、少し時間が経つと、第2の異常状態と判定する判定基準すなわち「400[W]≦ΔP<3200[W]」を満たし、さらに時間が経つと、ようやく第3の異常状態と判定する判定基準すなわち「3200[W]≦ΔP」を満たすことになる。つまり、減少量ΔPのみを用いて判定を行う場合、ΔPが徐々に変化していく過程で必ず第1の異常状態として判定することになり、複数種類の異常状態を判別することができない。 Normally, when the command laser output Ps is 4000 [W], the detected laser output Pk is also approximately 4000 [W]. In this case, the decrease amount ΔP (ΔP=Ps−Pk) of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps is approximately 0 [W]. If some abnormality occurs, the detected laser output Pk decreases from 4000 [W] even though the command laser output Ps is 4000 [W], resulting in a decrease amount ΔP [W]. Here, it is assumed that the laser output suddenly decreases due to the abnormal discharge 7a during normal operation, and the detected laser output Pk changes from 4000 [W] to 150 [W]. Since the command laser output Ps remains at 4000 [W], the decrease amount ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps is ΔP=Ps-Pk=4000-150=3850 [W]. I want to determine that it is the third abnormal state. However, the actual detected laser output Pk does not suddenly jump from 4000 [W] to 150 [W]. Since the power sensor that constitutes the output measurement unit 21 has a response time constant, the detected laser output Pk gradually decreases, for example, in the order of 4000→3900→3800→... and finally reaches 150 [W]. becomes. Therefore, the decrease amount ΔP first satisfies the criterion for determining the first abnormal state, that is, "200 [W] ≤ ΔP < 400 [W]", and after a short period of time, the second abnormal state is determined. The determination criterion, that is, "400 [W]≤ΔP<3200 [W]" is satisfied, and when more time elapses, the determination criterion that determines the third abnormal state, that is, "3200 [W]≤ΔP", is finally satisfied. . In other words, when determination is made using only the amount of decrease ΔP, the first abnormal state is always determined in the process in which ΔP gradually changes, and multiple types of abnormal states cannot be determined.

そこで、本実施の形態では、第1の異常状態~第3の異常状態のそれぞれに対応する判定基準に、タイマーT1[s]、T2[s]、T3[s]を持たせ、これらの時間の関係を0≦T3<T2<T1とする。つまり、異常検出部51は、減少量ΔPが第1の異常状態に対応する判定基準を満たす状態がT1時間継続した場合に、第1の異常状態と判定する。同様に、異常検出部51は、減少量ΔPが第2の異常状態に対応する判定基準を満たす状態がT2時間継続した場合に、第2の異常状態と判定し、減少量ΔPが第3の異常状態に対応する判定基準を満たす状態がT3時間継続した場合に、第3の異常状態と判定する。 Therefore, in the present embodiment, timers T1 [s], T2 [s], and T3 [s] are added to the criteria corresponding to the first to third abnormal states, respectively, and these times is defined as 0≦T3<T2<T1. That is, the abnormality detection unit 51 determines that the first abnormal state occurs when the state in which the amount of decrease ΔP satisfies the criterion corresponding to the first abnormal state continues for T1. Similarly, when the state where the amount of decrease ΔP satisfies the determination criteria corresponding to the second abnormal state continues for T2 time, the abnormality detection unit 51 determines that the amount of decrease ΔP is the second abnormal state, and determines that the amount of decrease ΔP is the third abnormality. When the state satisfying the determination criteria corresponding to the abnormal state continues for T3 time, it is determined as the third abnormal state.

例えば、T3=0[s]、T2=1[s]、T1=2[s]とした場合、異常検出部51は、第3の異常状態に対応する判定基準「3200[W]≦ΔP」が一瞬でも満たされれば第3の異常状態と判定する。また、異常検出部51は、第2の異常状態に対応する判定基準「400[W]≦ΔP<3200[W]」がT2=1[s]以上継続して満たされると第2の異常状態と判定し、第1の異常状態に対応する判定基準「200[W]≦ΔP<400[W]」がT1=2[s]以上継続して満たされると第1の異常状態と判定する。 For example, when T3=0 [s], T2=1 [s], and T1=2 [s], the abnormality detection unit 51 determines that the third abnormality condition corresponding to the determination criterion "3200 [W]≤ΔP" is satisfied even for a moment, the third abnormal state is determined. In addition, when the criterion “400 [W]≦ΔP<3200 [W]” corresponding to the second abnormal state is continuously satisfied for T2=1 [s] or more, the abnormality detection unit 51 detects the second abnormal state. If the determination criterion "200 [W]≤ΔP<400 [W]" corresponding to the first abnormal state is continuously satisfied for T1=2 [s] or longer, the first abnormal state is determined.

パワーセンサの応答性による4000[W]から150[W]への低下の時定数は100[ms]程度であるので、上記のように、T2=1[s]、T1=2[s]としておけば、異常検出部51は、第1の異常状態または第2の異常状態と判定する前に、第3の異常状態と判定できる。 Since the time constant of the decrease from 4000 [W] to 150 [W] due to the responsiveness of the power sensor is about 100 [ms], as described above, T2 = 1 [s] and T1 = 2 [s] By doing so, the abnormality detection unit 51 can determine the third abnormal state before determining the first abnormal state or the second abnormal state.

なお、実際にはT3=0.5[s]、T2=2[s]、T1=3[s]といった値を採用することが考えられる。これは、ガスレーザ装置100をレーザ発振させていない状態から、指令レーザ出力Ps=4000[W]でレーザ発振させた場合の発振開始直後においては、検出レーザ出力Pkが0[W]から4000[W]になるまでにパワーセンサの応答性による検出遅れがあり、それによる減少量ΔPが存在するためである。この時の誤判定を防ぐため、T3=0[s]とせず、パワーセンサの応答性の時定数より長い、T3=0.5[s]などに設定するのが望ましい。 Incidentally, in practice, values such as T3=0.5 [s], T2=2 [s], and T1=3 [s] can be considered. This is because the detected laser output Pk changes from 0 [W] to 4000 [W] immediately after the start of oscillation when the gas laser device 100 is oscillated with a command laser output Ps of 4000 [W] from a state in which no laser is oscillated. ], there is a detection delay due to the responsiveness of the power sensor, and there is a decrease amount ΔP due to this. In order to prevent erroneous determination at this time, it is desirable to set T3=0.5 [s], which is longer than the time constant of the response of the power sensor, instead of T3=0 [s].

つづいて、ガスレーザ装置100の動作について、図9を参照しながら説明する。図9は、実施の形態1にかかるガスレーザ装置100の動作の一例を示すフローチャートである。図9のフローチャートは、ガスレーザ装置100がレーザ光10の出射を開始した後に異常発生の有無を確認し、異常発生時に対処を実施する動作の一例を示す。図9に示す動作は、例えば、ガスレーザ装置100が起動してレーザ光10の出射を開始した後に開始となる。 Next, operation of the gas laser device 100 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flow chart showing an example of the operation of the gas laser device 100 according to the first embodiment. The flowchart of FIG. 9 shows an example of the operation of checking whether or not an abnormality has occurred after the gas laser device 100 has started to emit the laser beam 10, and taking measures against the occurrence of the abnormality. The operation shown in FIG. 9 is started, for example, after the gas laser device 100 is activated and the laser beam 10 is started to be emitted.

図9に示す動作では、制御装置15の異常検出部51が、まず、ガスレーザ装置100が、「th1≦ΔP<th2」が成り立つかを確認する(ステップS11)。ここで、ΔPは、上述した指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量である。また、th1は第1閾値であり、上述した第1の異常状態と判定する範囲の下限値に対応する。th2は第2閾値であり、上述した第1の異常状態と判定する範囲の上限値に対応する。よって、ステップS11では、異常検出部51が、ΔPが第1の異常状態に対応する判定基準を満たすかを確認する。なお、th2は、上述した第2の異常状態と判定する範囲の下限値でもあり、第1の異常状態と判定する範囲と第2の異常状態と判定する範囲との境界となる。 In the operation shown in FIG. 9, the abnormality detection unit 51 of the control device 15 first checks whether the gas laser device 100 satisfies "th1≦ΔP<th2" (step S11). Here, ΔP is the amount of decrease in the detected laser output Pk from the command laser output Ps described above. Further, th1 is the first threshold value and corresponds to the lower limit value of the range for determining the first abnormal state described above. th2 is a second threshold value and corresponds to the upper limit value of the range for determining the first abnormal state described above. Therefore, in step S11, the abnormality detection unit 51 confirms whether ΔP satisfies the criterion corresponding to the first abnormal state. Note that th2 is also the lower limit value of the range for determining the second abnormal state described above, and is the boundary between the range for determining the first abnormal state and the range for determining the second abnormal state.

ΔPが第1の異常状態に対応する判定基準を満たす場合(ステップS11:Yes)、異常検出部51は、「T1<t1」が成り立つかを確認する(ステップS12)。ここで、T1は第1時間であり上述したタイマーT1に対応する。t1はΔPが第1の異常状態に対応する判定基準を満たす状態となってからの経過時間である。「T1<t1」が成り立たない場合(ステップS12:No)、異常検出部51はステップS11に戻る。 When ΔP satisfies the criterion corresponding to the first abnormal state (step S11: Yes), the abnormality detection unit 51 confirms whether "T1<t1" holds (step S12). Here, T1 is the first time and corresponds to the timer T1 described above. t1 is the elapsed time after ΔP satisfies the criterion corresponding to the first abnormal state. If "T1<t1" does not hold (step S12: No), the abnormality detector 51 returns to step S11.

「T1<t1」が成り立つ場合(ステップS12:Yes)、異常検出部51は、上記の第1の異常状態、すなわち、レーザ媒質2の組成変化によりレーザ光10の出力が減少したと判断し、動作制御部52が第1の対処を実施する(ステップS13)。第1の対処では、レーザ光10の出射を停止して真空容器1内のレーザ媒質2を交換する。すなわち、動作制御部52は、ステップS13では、レーザ光10の出射を停止させる制御と、真空容器1内のレーザ媒質2を交換するための制御とを電源ユニット6および真空ポンプ13に対して行う。動作制御部52は、レーザ媒質2の交換が完了するとレーザ光10の出射を再開させる。 If "T1<t1" holds (step S12: Yes), the abnormality detection unit 51 determines that the output of the laser beam 10 has decreased due to the first abnormality, that is, the change in the composition of the laser medium 2, and The operation control unit 52 implements the first countermeasure (step S13). In the first measure, the emission of the laser beam 10 is stopped and the laser medium 2 inside the vacuum vessel 1 is replaced. That is, in step S13, the operation control unit 52 controls the power supply unit 6 and the vacuum pump 13 to stop the emission of the laser beam 10 and to replace the laser medium 2 in the vacuum vessel 1. . When the replacement of the laser medium 2 is completed, the operation control section 52 restarts the emission of the laser beam 10 .

ΔPが第1の異常状態に対応する判定基準を満たさない場合(ステップS11:No)、異常検出部51は、「th2≦ΔP<th3」が成り立つかを確認する(ステップS14)。ここで、th3は第3閾値であり、上述した第2の異常状態と判定する範囲の上限値に対応する。よって、ステップS14では、異常検出部51が、ΔPが第2の異常状態に対応する判定基準を満たすかを確認する。なお、th3は、上述した第3の異常状態と判定する範囲の下限値でもあり、第2の異常状態と判定する範囲と第3の異常状態と判定する範囲との境界となる。 When ΔP does not satisfy the criterion corresponding to the first abnormal state (step S11: No), the abnormality detection unit 51 confirms whether "th2≦ΔP<th3" holds (step S14). Here, th3 is the third threshold value and corresponds to the upper limit value of the range for determining the second abnormal state described above. Therefore, in step S14, the abnormality detection unit 51 confirms whether ΔP satisfies the criterion corresponding to the second abnormal state. Note that th3 is also the lower limit value of the range for determining the third abnormal state described above, and is the boundary between the range for determining the second abnormal state and the range for determining the third abnormal state.

ΔPが第2の異常状態に対応する判定基準を満たす場合(ステップS14:Yes)、異常検出部51は、「T2<t2」が成り立つかを確認する(ステップS15)。ここで、T2は第2時間であり上述したタイマーT2に対応する。t2はΔPが第2の異常状態に対応する判定基準を満たす状態となってからの経過時間である。「T2<t2」が成り立たない場合(ステップS15:No)、異常検出部51はステップS11に戻る。 When ΔP satisfies the criterion corresponding to the second abnormal state (step S14: Yes), the abnormality detection unit 51 confirms whether "T2<t2" holds (step S15). Here, T2 is the second time and corresponds to the timer T2 described above. t2 is the elapsed time after ΔP satisfies the criterion for the second abnormal state. If "T2<t2" does not hold (step S15: No), the abnormality detector 51 returns to step S11.

「T2<t2」が成り立つ場合(ステップS15:Yes)、異常検出部51は、上記の第2の異常状態、すなわち、光共振器ミラーの角度ずれの発生、または、ミラー表面への粉塵の焼き付きによりレーザ光10の出力が減少したと判断し、動作制御部52が第2の対処を実施する(ステップS16)。第2の対処では、レーザ光10の出射を停止し、異常の解消を促すメッセージをユーザに行う。すなわち、動作制御部52は、ステップS16では、レーザ光10の出射を停止させる制御を電源ユニット6に対して行うとともに、異常の解消をユーザに促すメッセージを表示部53に表示させる。 If “T2<t2” holds (step S15: Yes), the abnormality detection unit 51 detects the above-described second abnormal state, that is, occurrence of angular deviation of the optical resonator mirror, or burning of dust onto the mirror surface. , the operation control unit 52 determines that the output of the laser beam 10 has decreased, and performs the second countermeasure (step S16). In the second countermeasure, the emission of the laser beam 10 is stopped and a message prompting the user to resolve the abnormality is displayed. That is, in step S16, the operation control section 52 controls the power supply unit 6 to stop the emission of the laser beam 10, and causes the display section 53 to display a message prompting the user to resolve the abnormality.

ΔPが第2の異常状態に対応する判定基準を満たさない場合(ステップS14:No)、異常検出部51は、「th3≦ΔP」が成り立つかを確認する(ステップS17)。このステップS17では、異常検出部51が、ΔPが第3の異常状態に対応する判定基準を満たすかを確認する。ΔPが第3の異常状態に対応する判定基準を満たさない場合(ステップS17:No)、異常検出部51はステップS11に戻る。 When ΔP does not satisfy the criterion corresponding to the second abnormal state (step S14: No), the abnormality detection unit 51 confirms whether "th3≦ΔP" holds (step S17). In this step S17, the abnormality detection unit 51 confirms whether ΔP satisfies the criterion corresponding to the third abnormal state. When ΔP does not satisfy the criterion corresponding to the third abnormal state (step S17: No), the abnormality detection section 51 returns to step S11.

ΔPが第3の異常状態に対応する判定基準を満たす場合(ステップS17:Yes)、異常検出部51は、「T3<t3」が成り立つかを確認する(ステップS18)。ここで、T3は第3時間であり上述したタイマーT3に対応する。t3はΔPが第3の異常状態に対応する判定基準を満たす状態となってからの経過時間である。「T3<t3」が成り立たない場合(ステップS18:No)、異常検出部51はステップS11に戻る。 When ΔP satisfies the criterion corresponding to the third abnormal state (step S17: Yes), the abnormality detection unit 51 confirms whether "T3<t3" holds (step S18). Here, T3 is the third time and corresponds to the timer T3 described above. t3 is the elapsed time after ΔP satisfies the criterion corresponding to the third abnormal state. If "T3<t3" does not hold (step S18: No), the abnormality detector 51 returns to step S11.

「T3<t3」が成り立つ場合(ステップS18:Yes)、異常検出部51は、上記の第3の異常状態、すなわち、異常放電の発生によりレーザ光10の出力が減少したと判断し、動作制御部52が第3の対処を実施する(ステップS19)。第3の対処では、レーザ光10の出射を停止し、ガスレーザ装置100を再起動させる操作をユーザから受け付けない状態に移行する。すなわち、動作制御部52は、ステップS19では、レーザ光10の出射を停止させる制御を電源ユニット6に対して行うとともに、ガスレーザ装置100を再起動させる操作をユーザから受け付けない状態に移行する。 If "T3<t3" holds (step S18: Yes), the abnormality detection unit 51 determines that the output of the laser beam 10 has decreased due to the third abnormality, that is, the occurrence of abnormal discharge, and controls the operation. The unit 52 implements the third handling (step S19). In the third countermeasure, the emission of the laser beam 10 is stopped, and the gas laser device 100 is shifted to a state in which the user's operation to restart the gas laser device 100 is not accepted. That is, in step S19, the operation control unit 52 controls the power supply unit 6 to stop the emission of the laser beam 10, and shifts to a state in which the operation to restart the gas laser device 100 is not accepted from the user.

以上のように、ガスレーザ装置100は、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔP、およびΔPがそれぞれの異常状態の判定基準を満たす状態となってからの経過時間t1,t2,t3に基づいて複数種類の異常を検出し、検出結果に適した対処を実施することが可能である。 As described above, in the gas laser device 100, the amount of decrease ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps and the amount of decrease ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps, and the elapsed times t1, t2, and t3 from when ΔP satisfies the judgment criteria for the abnormal state, respectively. Based on this, it is possible to detect multiple types of abnormalities and take appropriate measures based on the detection results.

つづいて、ガスレーザ装置100が備える制御装置15のハードウェア構成について説明する。図10は、実施の形態1にかかるガスレーザ装置100が備える制御装置15を実現するハードウェアの一例を示す図である。制御装置15は、図10に示したプロセッサ101、メモリ102および表示器103により実現することができる。プロセッサ101の例は、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)またはシステムLSI(Large Scale Integration)である。メモリ102の例は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等などである。表示器103の例は、液晶ディスプレイなどである。 Next, the hardware configuration of the control device 15 included in the gas laser device 100 will be described. FIG. 10 is a diagram showing an example of hardware that implements the control device 15 included in the gas laser device 100 according to the first embodiment. Control device 15 can be realized by processor 101, memory 102 and display 103 shown in FIG. An example of the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, DSP (Digital Signal Processor)) or system LSI (Large Scale Integration). Examples of the memory 102 include RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), non-volatile or volatile semiconductor memory such as flash memory, magnetic disk, and the like. An example of the display 103 is a liquid crystal display.

制御装置15の異常検出部51および動作制御部52は、これらの各部として動作するためのプログラムをプロセッサ101が実行することにより実現される。異常検出部51および動作制御部52として動作するためのプログラムはメモリ102に予め格納されている。プロセッサ101は、プログラムをメモリ102から読み出して実行することにより、異常検出部51および動作制御部52として動作する。また、表示部53は表示器103により実現される。 The abnormality detection unit 51 and the operation control unit 52 of the control device 15 are implemented by the processor 101 executing programs for operating as these units. A program for operating as the abnormality detection unit 51 and the operation control unit 52 is stored in advance in the memory 102 . The processor 101 operates as an abnormality detection unit 51 and an operation control unit 52 by reading out and executing programs from the memory 102 . Also, the display unit 53 is realized by the display device 103 .

以上説明したように、実施の形態1にかかるガスレーザ装置100において、レーザ光10を出射するレーザ発振部20を制御する制御装置15は、レーザ光10の出力を監視し、出力の挙動に基づいて複数種類の異常状態を検出する。具体的には、制御装置15の異常検出部51が、レーザ光10の減少量ΔPと複数の閾値(第1閾値,第2閾値,第3閾値)との大小関係と、大小関係が変化することなく継続する時間の長さとに基づいて、複数種類の異常状態(第1の異常状態,第2の異常状態,第3の異常状態)を検出する。実施の形態1にかかるガスレーザ装置100によれば、装置構成が複雑化するのを抑制しつつ、レーザ光10の出力低下が発生する複数種類の異常状態を検出することができる。 As described above, in the gas laser device 100 according to the first embodiment, the controller 15 that controls the laser oscillator 20 that emits the laser beam 10 monitors the output of the laser beam 10, and based on the behavior of the output, Detect multiple types of abnormal conditions. Specifically, the abnormality detection unit 51 of the control device 15 detects the magnitude relationship between the decrease amount ΔP of the laser beam 10 and a plurality of threshold values (first threshold value, second threshold value, and third threshold value), and the magnitude relationship changes. A plurality of types of abnormal states (first abnormal state, second abnormal state, and third abnormal state) are detected based on the length of time that continues without interruption. According to the gas laser device 100 according to the first embodiment, it is possible to detect a plurality of types of abnormal states in which the output of the laser beam 10 is lowered while suppressing complication of the device configuration.

また、ガスレーザ装置100は、レーザ媒質2の組成変化によりレーザ光10の出力が減少する第1の異常状態を検出できるため、レーザ媒質2の組成変化の状況に応じたタイミングでレーザ媒質2を交換することが可能となる。この結果、予め定められた封じ切り時間でレーザ媒質の交換を行う従来の構成と比較して、レーザ媒質を交換する頻度を少なくすることができ、レーザ媒質2の購入費用を削減できるとともに、レーザ媒質の交換に伴うダウンタイムを削減できる。 Further, since the gas laser device 100 can detect the first abnormal state in which the output of the laser light 10 is reduced due to a change in the composition of the laser medium 2, the laser medium 2 can be replaced at a timing corresponding to the change in the composition of the laser medium 2. It becomes possible to As a result, compared with the conventional configuration in which the laser medium is replaced at a predetermined sealing time, the frequency of replacing the laser medium can be reduced, the purchase cost of the laser medium 2 can be reduced, and the laser Downtime associated with media replacement can be reduced.

また、ガスレーザ装置100は、光共振器ミラーの角度ずれの発生、または、ミラー表面への粉塵の焼き付きによりレーザ光10の出力が低下する第2の異常状態を検出できるため、異常の解消を促すメッセージをユーザに行うことができる。例えば、ガスレーザ装置100がユーザによる光軸の調整が可能な構成の場合、ガスレーザ装置100は、光軸を調整して光共振器ミラーの角度ずれを解消させる方法をユーザに提示して作業を促すことができる。また、ガスレーザ装置100がユーザによる光共振器ミラーの交換が可能な構成の場合、ガスレーザ装置100は、光共振器ミラーを交換する方法をユーザに提示して作業を促すことができる。この結果、第2の異常状態が発生した場合にガスレーザ装置100を復旧させるための作業をサービスマンに別途依頼するといったことが不要となり、復旧に要する費用を削減できるとともに、復旧するまでの所要時間を短くすることができる。 In addition, since the gas laser device 100 can detect the second abnormal state in which the output of the laser beam 10 is reduced due to the occurrence of angular misalignment of the optical resonator mirrors or the burning of dust onto the mirror surface, the problem is urged to be eliminated. A message can be sent to the user. For example, if the gas laser device 100 has a configuration in which the user can adjust the optical axis, the gas laser device 100 prompts the user to work by presenting a method of adjusting the optical axis to eliminate the angular deviation of the optical resonator mirrors. be able to. Also, if the gas laser device 100 has a configuration in which the user can replace the optical resonator mirror, the gas laser device 100 can prompt the user to replace the optical resonator mirror by presenting the method to the user. As a result, when the second abnormal state occurs, there is no need to separately request the service person to perform the work to restore the gas laser device 100, so that the cost required for restoration can be reduced and the time required for restoration can be reduced. can be shortened.

また、ガスレーザ装置100は、異常放電の発生によりレーザ光10の出力が減少する第3の異常状態を検出できるため、レーザ光10の出射を速やかに停止するとともに、ガスレーザ装置100を再起動させる操作をユーザから受け付けない状態に移行することができる。この結果、異常放電が長時間継続したり、短時間であっても繰り返し発生することにより、電極5を構成するガラスやセラミックが破損するのを防ぐことができる。 In addition, since the gas laser device 100 can detect the third abnormal state in which the output of the laser light 10 is reduced due to the occurrence of abnormal discharge, the emission of the laser light 10 is quickly stopped and the gas laser device 100 is restarted. can be shifted to a state where it is not accepted from the user. As a result, it is possible to prevent breakage of the glass or ceramic constituting the electrode 5 due to the abnormal discharge continuing for a long time or repeatedly occurring even for a short time.

なお、本実施の形態では、レーザ光10の出力の減少量から3種類の異常状態を検出する構成について説明したが、レーザ光10の出力の減少量を判定するための閾値を追加することで、4種類以上の異常状態を検出する構成とすることも可能である。 In the present embodiment, a configuration for detecting three kinds of abnormal states from the amount of decrease in the output of laser light 10 has been described. , four or more types of abnormal states can be detected.

実施の形態2.
実施の形態2にかかるガスレーザ装置について説明する。なお、ガスレーザ装置の構成は実施の形態1と同様である(図1参照)。
Embodiment 2.
A gas laser device according to a second embodiment will be described. The configuration of the gas laser device is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1).

実施の形態1で説明したように、レーザ媒質2の組成変化によるレーザ光10の出力の減少は非常にゆっくりであり、一方、光共振器ミラーの角度ずれによるレーザ光10の出力の減少、および、ミラー表面への粉塵の焼き付きによるによるレーザ光10の出力の減少は急激である。従って、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔPの変化速度によって、両者を切り分けることができる。 As described in Embodiment 1, the decrease in the output of the laser light 10 due to the composition change of the laser medium 2 is very slow, while the decrease in the output of the laser light 10 due to the angular displacement of the optical resonator mirrors, and , the output of the laser beam 10 is abruptly reduced due to dust burning onto the mirror surface. Therefore, the two can be separated by the rate of change of the decrease amount ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps.

そのため、制御装置15の異常検出部51は、実施の形態1で説明した動作に加えて、以下の動作を実行する。異常検出部51は、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔPの変化速度に対し、切り分けのための速度閾値を設定し、設定された速度閾値よりも変化速度が大きい場合に第2の異常状態と判定し、速度変化が速度閾値以下の場合に第1の異常状態と判定する。例えば、異常検出部51は、図9に示すフローチャートのステップS12の判定が「Yes」の場合、さらに、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔPの変化速度と速度閾値とを比較し、変化速度が速度閾値以下であれば第1の異常状態と判定してステップS13(第1の対処)を実施する。一方、変化速度が速度閾値以下でなければ、異常検出部51はステップS13を実施せずにステップS11に戻る。また、異常検出部51は、図9に示すフローチャートのステップS15の判定が「Yes」の場合も、さらに、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔPの変化速度と速度閾値とを比較し、変化速度が速度閾値よりも大きければ第2の異常状態と判定してステップS16(第2の対処)を実施する。一方、変化速度が速度閾値よりも大きくなければ、異常検出部51はステップS16を実施せずにステップS11に戻る。 Therefore, the abnormality detection unit 51 of the control device 15 performs the following operations in addition to the operations described in the first embodiment. The abnormality detection unit 51 sets a speed threshold for separation with respect to the change speed of the decrease amount ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps, and if the change speed is greater than the set speed threshold, the second , and if the speed change is equal to or less than the speed threshold, it is determined to be the first abnormal state. For example, when the determination in step S12 of the flowchart shown in FIG. 9 is "Yes", the abnormality detection unit 51 further compares the rate of change of the decrease amount ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps with the speed threshold. If the change speed is equal to or less than the speed threshold value, it is determined as the first abnormal state, and step S13 (first countermeasure) is performed. On the other hand, if the change speed is not equal to or less than the speed threshold, the abnormality detection unit 51 returns to step S11 without executing step S13. Further, even when the determination in step S15 of the flowchart shown in FIG. If the change speed is greater than the speed threshold value, the second abnormal state is determined and step S16 (second countermeasure) is executed. On the other hand, if the change speed is not greater than the speed threshold, the abnormality detection unit 51 returns to step S11 without executing step S16.

以上のように、実施の形態1で説明した動作に加え、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔPの変化速度も考慮して異常状態を判別する動作を異常検出部51が行う構成とすることで、異常状態の判定精度を高めることができる。この理由について以下に説明する。 As described above, in addition to the operation described in the first embodiment, the abnormality detection unit 51 performs the operation of determining an abnormal state in consideration of the change speed of the decrease amount ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps. By doing so, it is possible to improve the determination accuracy of the abnormal state. The reason for this will be explained below.

実施の形態1で説明したように、外部からガスレーザ装置100に力が加わり光共振器ミラーの角度がずれた場合はレーザ光10の出力が減少する。このとき、外部から加わる力の大きさによって角度のずれ量が変わり、レーザ光10出力の減少の程度も変わる。そのため、実施の形態1では、光共振器ミラーの角度ずれ、または、ミラー表面への粉塵の焼き付きによる第2の異常状態と判定する場合のレーザ光10の出力の減少量の範囲をΔP=400~3200[W]と大きい範囲とすることでカバーしている。発明者は、実際に外部から加わる力を様々に変えて実験を行ったが、上記のΔP=400~3200[W]の範囲を超える程度にレーザ光10の出力が大きく減少することは無かった。また、ミラー表面への粉塵の焼き付きによるレーザ光10の出力減少については、ミラー表面に焼き付く粉塵の大きさが大きいほど、レーザ光10の出力の減少量も大きくなり、大きな粉塵がミラー表面に焼き付いた場合には、上手く判定が行えないのではないかと懸念する人がいるかも知れない。つまり、上記のΔP=400~3200[W]の範囲を超える程度にレーザ光10の出力が大きく減少してしまい、上述した第3の異常状態(レーザ光10の出力の減少量ΔPの範囲が3200~4000[W]となる異常状態)と誤判定してしまうのではないかと懸念するかもしれない。しかしながら、発明者のこれまでの経験では、ミラー表面への粉塵の焼き付きが原因で上記のΔP=400~3200[W]の範囲を超える程度にレーザ光10の出力が大きく減少した事例はない。これは、大きな粉塵の場合、質量が大きいので、実施の形態1で説明したような、ブロア3によって循環されるレーザ媒質2の流れによって大きな粉塵が舞い上げられてミラー表面付近まで到達することが無いためである。ミラー表面付近まで粉塵が到達しなければ、ミラーに焼き付くことはない。 As described in the first embodiment, when an external force is applied to the gas laser device 100 to shift the angle of the optical resonator mirror, the output of the laser beam 10 is reduced. At this time, the amount of angular deviation changes depending on the magnitude of the force applied from the outside, and the degree of reduction in the output of the laser beam 10 also changes. Therefore, in the first embodiment, the range of the amount of decrease in the output of the laser beam 10 when it is determined that the second abnormal state is due to the angular deviation of the optical resonator mirror or the burning of dust on the mirror surface is set to ΔP=400. It is covered by a large range of up to 3200 [W]. The inventor actually conducted experiments by changing various externally applied forces, but the output of the laser beam 10 did not significantly decrease beyond the range of ΔP = 400 to 3200 [W]. . Regarding the decrease in the output of the laser beam 10 due to dust burning onto the mirror surface, the larger the size of the dust burning onto the mirror surface, the larger the amount of reduction in the output of the laser beam 10. In such a case, some people may be concerned that they may not be able to make a good judgment. In other words, the output of the laser beam 10 is greatly reduced to such an extent that it exceeds the range of ΔP=400 to 3200 [W], and the third abnormal state described above (the range of the decrease amount ΔP of the output of the laser beam 10 is There may be a concern that it may be erroneously determined as an abnormal state of 3200 to 4000 [W]. However, according to the inventor's experience so far, there is no case in which the output of the laser beam 10 has decreased significantly beyond the above range of ΔP=400 to 3200 [W] due to dust burning onto the mirror surface. This is because, in the case of large dust particles, since the mass is large, the large dust particles may be blown up by the flow of the laser medium 2 circulated by the blower 3 as described in the first embodiment and reach the vicinity of the mirror surface. Because there is none. If the dust does not reach near the surface of the mirror, it will not stick to the mirror.

上述したように、第2の異常状態である、光共振器ミラーの角度ずれ、または、ミラー表面への粉塵の焼き付きによるレーザ光10の出力の減少が第3の異常状態と誤判定されてしまうことはないが、一方で、外部から加わる力が小さい場合、および、極めて小さな粉塵がミラー表面に焼き付いた場合には、レーザ光10の出力の減少量が小さいので、実施の形態1で説明した第1の異常状態、すなわち、レーザ媒質2の組成変化によるレーザ光10の出力の減少と誤判定されてしまうことがある。実施の形態1で説明したように、第1の異常状態と判定する場合のレーザ光10の出力の減少量の範囲はΔP=200~400[W]であり、第2の異常状態と判定する場合のレーザ光10の出力の減少量の範囲(ΔP=400~3200[W])よりも非常に小さいので、この誤判定の確率は小さいものであるが、この誤判定を完全に無くすことが望ましい。 As described above, the decrease in the output of the laser beam 10 due to the angular misalignment of the optical resonator mirrors or the burn-in of dust on the mirror surface, which is the second abnormal condition, is erroneously determined as the third abnormal condition. However, on the other hand, when the force applied from the outside is small, and when very small dust particles stick to the mirror surface, the amount of decrease in the output of the laser beam 10 is small. In some cases, it may be erroneously determined to be the first abnormal state, that is, the decrease in the output of the laser light 10 due to the composition change of the laser medium 2 . As described in Embodiment 1, the range of the amount of decrease in the output of the laser beam 10 when the first abnormal state is determined is ΔP=200 to 400 [W], and the second abnormal state is determined. Since it is much smaller than the range (ΔP=400 to 3200 [W]) of the amount of decrease in the output of the laser beam 10 in the case, the probability of this misjudgment is small, but it is possible to completely eliminate this misjudgment. desirable.

このような事情から、実施の形態2では、指令レーザ出力Psに対する検出レーザ出力Pkの減少量ΔPの変化速度に着目し、上述したように、減少量ΔPの変化速度が速度閾値よりも大きければ第2の異常状態と判定し、速度変化が速度閾値以下の場合に第1の異常状態と判定する。これにより、第1の異常状態と第2の異常状態とのどちらに該当するかの判定精度が高まる。 Under these circumstances, in the second embodiment, attention is focused on the change speed of the decrease amount ΔP of the detected laser output Pk with respect to the command laser output Ps. The second abnormal state is determined, and the first abnormal state is determined when the speed change is equal to or less than the speed threshold. As a result, the accuracy of determining which of the first abnormal state and the second abnormal state applies is enhanced.

なお、各実施の形態では、レーザ媒質2として炭酸ガスを用いる例について説明したがレーザ媒質2は炭酸ガスに限定されない。炭酸ガス以外のガスをレーザ媒質2として用いる場合も各実施の形態は成り立つ。 In each embodiment, an example in which carbon dioxide gas is used as the laser medium 2 has been described, but the laser medium 2 is not limited to carbon dioxide gas. Each embodiment also holds true when a gas other than carbon dioxide gas is used as the laser medium 2 .

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are only examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, without departing from the scope of the invention. It is also possible to omit or change part of the configuration.

1 真空容器、2 レーザ媒質、3 ブロア、4 整流ダクト、5 電極、6 電源ユニット、7 放電、7a 異常放電、8 部分反射鏡、9 全反射鏡、10 レーザ光、11 熱交換器、12 アパーチャ、13 真空ポンプ、14 冷却装置、15 制御装置、20 レーザ発振部、21 出力測定部、51 異常検出部、52 動作制御部、53 表示部、100 ガスレーザ装置。 1 vacuum vessel, 2 laser medium, 3 blower, 4 rectifying duct, 5 electrode, 6 power supply unit, 7 discharge, 7a abnormal discharge, 8 partial reflector, 9 total reflector, 10 laser light, 11 heat exchanger, 12 aperture , 13 vacuum pump, 14 cooling device, 15 control device, 20 laser oscillation section, 21 output measurement section, 51 abnormality detection section, 52 operation control section, 53 display section, 100 gas laser device.

Claims (2)

ガスをレーザ媒質としてレーザ光を発生させるレーザ発振部と、
前記レーザ発振部が出射するレーザ光の出力の指令出力からの減少量と第1閾値、第2閾値および第3閾値それぞれとの大小関係、および、前記大小関係が変化することなく継続する時間の長さ、に基づいて、前記レーザ発振部の第1の異常状態、第2の異常状態および第3の異常状態を検出する異常検出部と、
を備え
前記異常検出部は、
前記減少量が前記第1閾値以上かつ前記第2閾値未満の状態の継続時間が第1時間を超えた場合に第1の異常状態を検出し、
前記減少量が前記第2閾値以上かつ前記第3閾値未満の状態の継続時間が前記第1時間よりも短い第2時間を超えた場合に第2の異常状態を検出し、
前記減少量が前記第3閾値以上の状態の継続時間が前記第2時間よりも短い第3時間を超えた場合に第3の異常状態を検出し、
前記異常検出部が前記第1の異常状態を検出した場合、前記レーザ光の出射を停止して前記レーザ媒質を交換し、その後前記レーザ光の出射を再開し、
前記異常検出部が前記第2の異常状態を検出した場合、前記レーザ光の出射を停止するとともに異常の解消をユーザに促すメッセージを表示部に表示し、
前記異常検出部が前記第3の異常状態を検出した場合、前記レーザ光の出射を停止し、ユーザから再起動を指示する操作を受け付けない状態に移行する、
ことを特徴とするガスレーザ装置。
a laser oscillator that generates laser light using a gas as a laser medium;
The magnitude relationship between the amount of decrease in the output of the laser light emitted from the laser oscillation unit from the command output and each of the first threshold, the second threshold, and the third threshold, and the time during which the magnitude relationship continues without changing. an abnormality detection unit that detects a first abnormal state, a second abnormal state, and a third abnormal state of the laser oscillation unit based on the length;
with
The abnormality detection unit is
detecting a first abnormal state when the duration of the state in which the amount of decrease is equal to or greater than the first threshold and less than the second threshold exceeds a first time;
detecting a second abnormal state when the duration of the state in which the amount of decrease is equal to or greater than the second threshold and less than the third threshold exceeds a second time shorter than the first time;
detecting a third abnormal state when the duration of the state in which the amount of decrease is equal to or greater than the third threshold exceeds a third time shorter than the second time;
when the abnormality detection unit detects the first abnormal state, stopping the emission of the laser light, replacing the laser medium, and then restarting the emission of the laser light;
when the abnormality detection unit detects the second abnormal state, stopping the emission of the laser beam and displaying a message prompting a user to eliminate the abnormality on the display unit;
When the abnormality detection unit detects the third abnormal state, stop emitting the laser light and shift to a state in which a user's operation for instructing restart is not accepted.
A gas laser device characterized by:
ガスをレーザ媒質としてレーザ光を発生させるレーザ発振部と、
前記レーザ発振部が出射するレーザ光の出力の指令出力からの減少量と第1閾値、第2閾値および第3閾値それぞれとの大小関係、および、前記大小関係が変化することなく継続する時間の長さ、に基づいて、前記レーザ発振部の第1の異常状態、第2の異常状態および第3の異常状態を検出する異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、
前記減少量が前記第1閾値以上かつ前記第2閾値未満の状態の継続時間が第1時間を超過し、さらに、前記減少量の変化速度が速度閾値以下の場合に第1の異常状態と判定し、
前記減少量が前記第2閾値以上かつ前記第3閾値未満の状態の継続時間が前記第1時間よりも短い第2時間を超過し、さらに、前記変化速度が前記速度閾値よりも大きい場合に第2の異常状態と判定し、
前記減少量が前記第3閾値以上の状態の継続時間が前記第2時間よりも短い第3時間を超えた場合に第3の異常状態と判定
前記異常検出部が前記第1の異常状態を検出した場合、前記レーザ光の出射を停止して前記レーザ媒質を交換し、その後前記レーザ光の出射を再開し、
前記異常検出部が前記第2の異常状態を検出した場合、前記レーザ光の出射を停止するとともに異常の解消をユーザに促すメッセージを表示部に表示し、
前記異常検出部が前記第3の異常状態を検出した場合、前記レーザ光の出射を停止し、ユーザから再起動を指示する操作を受け付けない状態に移行する、
ことを特徴とするガスレーザ装置。
a laser oscillator that generates laser light using a gas as a laser medium;
The magnitude relationship between the amount of decrease in the output of the laser light emitted from the laser oscillation unit from the command output and each of the first threshold, the second threshold, and the third threshold, and the time during which the magnitude relationship continues without changing. an abnormality detection unit that detects a first abnormal state, a second abnormal state, and a third abnormal state of the laser oscillation unit based on the length;
with
The abnormality detection unit is
A first abnormal state is determined when the duration of the state in which the amount of decrease is greater than or equal to the first threshold value and less than the second threshold value exceeds a first time period and the rate of change of the amount of decrease is less than or equal to the speed threshold value. death,
If the duration of the state in which the amount of decrease is greater than or equal to the second threshold value and less than the third threshold value exceeds a second time period that is shorter than the first time period, and the speed of change is greater than the speed threshold value, a second 2 abnormal state,
determining a third abnormal state when the duration of the state in which the amount of decrease is equal to or greater than the third threshold exceeds a third time shorter than the second time;
when the abnormality detection unit detects the first abnormal state, stopping the emission of the laser light, replacing the laser medium, and then restarting the emission of the laser light;
when the abnormality detection unit detects the second abnormal state, stopping the emission of the laser light and displaying a message prompting a user to eliminate the abnormality on the display unit;
When the abnormality detection unit detects the third abnormal state, stop emitting the laser light and shift to a state in which a user's operation for instructing restart is not accepted.
A gas laser device characterized by:
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